在平巷的開挖過程中,在掘進工作面上總是首先鉆少量炮孔,起爆后形成一個適當的空間,形成新的自由面,使周圍其余部分的巖石都按順序向這個空間方向崩落,以獲得較好的爆破效果,形成這個空間的過程通常稱為掏槽。掏槽孔爆破是處于一個自由面的條件下,破碎巖石的條件非常困難,而掏槽的好壞又直接影響了其他炮孔的爆破效果,因此必須合理選擇掏槽形式和裝藥量,使巖石完全破碎形成掏槽空間和達到較高的掏槽孔利用率。
掏槽爆破炮孔有多種不同的布置形式,歸納起來可分為兩大類:斜孔掏槽和直孔掏槽。
1斜孔掏槽
斜孔掏槽是掏槽孔與自由面(掘進工作面、掌子面)傾斜成一定角度。斜孔掏槽有多種不同的形式,各種掏槽形式的選擇主要取決于圍巖地質條件和掘進掌子面大小。常用的主要有以下幾種形式:
(1)單向掏槽。單向掏槽由數個炮孔向同一方向傾斜組成。適用于中硬(f <4)以下具有分層節理或軟夾層的巖層。可根據自然弱面賦存條件,分別采用頂部、底部和側部掏槽(見圖8-3)。掏槽孔的角度可根據巖石的可爆性取45°- 65°,間距在30 - 60cm范圍內。掏槽孔應盡量同時起爆,這樣效果更好。

圖8-3 單向掏槽
(a)頂部掏槽;(b)底部掏槽;(c)側部掏槽
(2)錐形掏槽。錐形掏槽由數個共同向中心傾斜的炮孔組成(見圖8-4),爆破后掏槽空間呈錐形。錐形掏槽適用于f>8的堅韌巖石,其掏槽效果較好,但鉆孔困難,主要適用于豎井掘進,其他巷道很少采用。
(3)楔形掏槽。楔形掏槽由數對(一般為2-4對)對稱、相向傾斜的炮孔組成,爆破后形成楔形掏槽空間(見圖8-5)。楔形掏槽適用于各種巖層,特別是中硬以上的穩定巖層。這種掏槽方法爆力比較集中,爆破效果較好,形成的掏槽體積較大。掏槽炮孔兩孔底部相距0.2 -0.3m,炮孔與工作面相交角度通常為60°- 75°,根據炮孔角度可分為水平楔形、垂直楔形。當巖石特別堅硬、難爆或孔深超過2m時,可增加2-3對初始掏槽孔,形成雙楔形復式掏槽。

圖8-4 錐形掏槽
(a)三角錐形;(b)四角錐形;(c)圓錐形
斜孔掏槽的優點有:
(1)適用于各種巖層并能獲得較好的掏槽效果;
(2)所需掏槽孔數目較少,單位耗藥量少;
(3)槽孔位置和傾角的精確度對掏槽效果的影響較小。
斜孔掏槽的缺點有:
(1)鉆孔方向難以掌握,要求鉆孔工人具有熟練的技術水平;
(2)炮孔深度受井巷斷面的限制,尤其在小斷面井巷中更為突出;

圖8-5 楔形掏槽
(a)垂直楔形;(b)水平楔形;(c)雙楔形復式
(3)全斷面井巷爆破下,巖石的拋擲距離較大、爆堆分散,容易損壞設備和支護。
2直孔掏槽
直孔掏槽的掏槽孔與工作面垂直且相互平行,有時為了增加輔助自由面和破碎的補償空間,可在其中鉆幾個空孔,空孔的作用是給裝藥孔創造自由面和作為破碎巖石的膨脹空間。通常,直孔掏槽又分為龜裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽,如圖8-6所示。
(1)龜裂掏槽。龜裂掏槽的掏槽孔布置在一條直線上且相互平行,隔孔裝藥,各孔同時起爆,爆破后在整個炮孔深度范圍內形成一條稍大于炮孑L直徑的條形槽口,為輔助孔創造了爆破自由面。根據掏槽方向,可分為水平和垂直兩種,適用于中硬以上或堅硬巖石和小斷面巷道。炮孔間距視巖層性質而定,一般取1-2倍空孔直徑,裝藥長度一般不小于炮孔深度的90%。在多數情況下,裝藥孔與空孔的直徑相同。
(2)桶形掏槽。桶形掏槽的掏槽孔按各種幾何形狀布置,使形成的槽腔呈角柱體或圓柱體,裝藥孔和空孔數目及其相互位置與間距是根據巖石性質和井巷斷面來確定的。空孔直徑可以采用等于或大于裝藥孔的直徑。大直徑空孔可以形成較大的人工自由面和膨脹空間,孔的間距可以擴大。各種形式如圖8-7所示。

圖8-6 部分直線掏槽形式
(a)垂直龜裂掏槽;(b)水平龜裂掏槽;(c)桶形掏槽;(d)空孔螺旋形掏槽

圖8-7 桶形掏槽孔的布置形式
(a),(e)三角柱掏槽;(h)四角柱掏槽;(c)單空孔菱形掏槽;(d)雙空孔菱形掏槽; (f)六角柱掏槽;(g),(h)大空孔菱形掏槽;(i)五星掏槽;(j)復式三角柱掏槽
○ -空孔;●一裝藥孔;1-3-起爆順序
(3)螺旋形掏槽。螺旋形掏槽的所有裝藥孔圍繞中心空孔呈螺旋狀布置(見圖8-8),并從距空孔最近的炮孔開始按順序起爆,使掏槽空間逐步擴大。此種掏楷方法在實踐中取得了較好的效果。其優點是可以用較少的炮孔和炸藥獲得較大體積的掏槽空間,各后續起爆的裝藥孔易于將碎石從掏槽空間拋出。但是,若延期雷管段數不夠,就會限制這種掏槽的應用。空孔距各裝藥孔的距離可依次取空孔直徑的l -1.8倍、2-3倍、3-4.5倍、4-4.5倍等。當遇到特別難爆的巖石時,可以增加1-2個空孔。為使掏槽空間內巖石拋出,有時將空孔加深300 - 400mm,在底部裝入適量炸藥并使之最后起爆,這樣可以將掏槽空間內的碎石拋出。裝藥孔的藥量約為炮孔深度的90%。
當需要提高掘進速度時,可采用如圖8-9所示的雙螺旋掏槽方式,裝藥孔圍繞中心大空孔沿相對的兩條螺旋線布置,其原理與螺旋形掏槽相同。中心空孔一般采用大直徑鉆孔,或采用兩個相互貫通的小直徑空孔(形成“8”字形空孔)。為了保證打孔規格,常采用布孔樣板來確定孔位。此種掏槽適用于堅硬、密實、無裂縫和層節理的巖石。

圖8-8 螺旋形掏槽炮孔布置(單位:mm)

圖8-9 雙螺旋形掏槽炮孔布置 (單位:mm)
(1)~(12)起爆順序
實驗表明,直孔掏槽的孔距(包括裝藥孔到空孔間距和裝藥孔之間的距離)對掏槽效果影響很大。孔距是影響掏槽效果最敏感的參數,與最優孔距稍有偏離就可能會出現掏槽失敗。孔距過大,爆破后巖石僅產生塑性變形而出現“沖炮”現象;孔距過小,會將鄰近炮孔內的炸藥“擠死”使之拒爆,或使巖石“再生”。圍巖不同,裝藥孔與空孔之間的距離也不同。裝藥孔直徑與空孔直徑均為32 - 40mm時,裝藥炮孔與空孔距離一般為:軟的石灰巖、砂巖等,取150 - 170mm;硬的石灰巖、砂巖等,取125 - 150mm;軟的花崗巖、火成巖,取110 - 114mm;硬的花崗巖、火成巖,取80 -110mm;硬的石英巖等,取90 - 120mm。
(4)混合掏槽。混合掏槽是將上述兩種方法混合使用,如圖8-10所示。
直孔掏槽的優點有:
(1)炮孔垂直于工作面布置,方式簡單,易于掌握和實現多臺鉆機同時作業和鉆孔機械化:
(2)炮孔深度不受井巷斷面限制,可以實現中深孔爆破;當炮孔深度改變時,掏槽布置可不變,只需調整裝藥量即可;
(3)有較高的炮孔利用率;
(4)全斷面井巷爆破巖石的拋擲距離較近,爆堆集中,不易崩壞井筒或巷道內的設備和支架。
直孔掏槽的缺點是:
(1)需要較多的炮孔數目和較多的炸藥;
(2)炮孔間距和平行度的誤差對掏槽效果影響較大,必須具備熟練的鉆孔操作技術。

圖8-10 混合掏槽形式
(a)桶形和楔形;(b)復式楔形